量子级联激光器的制作方法

本发明涉及量子级联激光器。本申请要求于2017年6月22日提交的日本专利申请no.2017-122339的优先权的权益，其通过引用整体地并入在本文中。

背景技术：

非专利文献(s.r.darvish等人"high-power,continuous-waveoperationofdistributed-feedbackquantum-cascadelasersatλ7.8μm",appliedphysicsletters89,251119,2006)公开一种量子级联激光器。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面的量子级联激光器包括：衬底，所述衬底包括主表面、背表面和衬底端面，主表面和背表面被布置在第一方向上，主表面与背表面相反，衬底端面与第二方向交叉，并且第二方向与第一方向交叉；半导体层叠体，所述半导体层叠体被设置在衬底的主表面上，半导体层叠体具有层叠体端面，并且半导体层叠体包括在第二方向上从层叠体端面延伸的芯层和设置在芯层上的包覆层，衬底端面和层叠体端面沿着与第二方向交叉的参考平面延伸；第一电极，所述第一电极被设置在半导体层叠体上；第二电极，所述第二电极被设置在衬底的背表面上；绝缘膜，所述绝缘膜被设置在层叠体端面和第一电极上；以及第一金属膜，所述第一金属膜被设置在层叠体端面、绝缘膜和第一电极上，绝缘膜位于第一金属膜与半导体层叠体之间，半导体层叠体和衬底被设置在第一电极与第二电极之间，衬底端面具有第一区和第二区，第一区和第二区被布置在从衬底的背表面到其主表面的方向上，并且第一金属膜具有在第二区上的端部。

附图说明

根据参考附图进行的本发明的优选实施例的以下详细描述，本发明的上述目的及其它目的、特征和优点将变得更显而易见。

图1是示出根据实施例的被管芯接合的量子级联半导体激光器的立体图。

图2是示出如图1中所示的量子级联半导体激光器的放大立体图。

图3是沿着图1中所示的线iii-iii截取的横截面图。

图4a是示出用于制作根据该实施例的图1中所示的量子级联半导体激光器的方法中的主要工艺的示意图。

图4b是示出根据该实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图4c是示出根据该实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图5a是示出根据该实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图5b是示出根据该实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图5c是示出根据该实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图6是示出根据该实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图7a是示出根据该实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图7b是示出根据该实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图8a是示出根据该实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图8b是示出根据该实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图9是示出另一量子级联半导体激光器的立体图。

图10是沿着图9中所示的线x-x截取的横截面图。

图11是示出根据另一实施例的量子级联半导体激光器的立体图。

图12是沿着图11中所示的线xii-xii截取的横截面图。

图13a是示出根据另一个实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图13b是示出根据另一个实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图14是示出根据再一个实施例的量子级联半导体激光器的立体图。

图15是沿着图14中所示的线xv-xv截取的横截面图。

图16a是示出根据再一个实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图16b是示出根据再一个实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图17是示出根据又一个实施例的量子级联半导体激光器的横截面图。

图18a是示出根据又一个实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图18b是示出根据又一个实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图18c是示出根据又一个实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图19是示出根据又一个实施例的量子级联半导体激光器的横截面图。

图20a是示出根据又一个实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图20b是示出根据又一个实施例的方法中的主要工艺的示意图。

图20c是示出根据又一个实施例的方法中的主要工艺的示意图。

具体实施方式

量子级联激光器包括被布置成形成器件结构的下电极、半导体衬底、半导体层叠体和上电极。量子级联激光器还具有用于激光腔的金属膜和在端面上的绝缘膜，其中绝缘膜被设置在金属膜与端面之间。绝缘膜由sio2制成，并且金属膜由au制成。此量子级联激光器被用焊料安装在电子组件上。

量子级联激光器被提供有包括端面的激光腔，并且可以具有形成在端面上的由金属膜制成的反射膜，从而使在端面处的反射比增强。与包括半导体器件的层的端面的端面直接接触的金属膜在端面处引起短路。量子级联激光器被提供有绝缘膜，所述绝缘膜被设置在端面与金属膜之间，以使金属膜与端面分离。绝缘膜和金属膜是通过向端面供应相应的原材料而顺序地形成在端面上的。在形成这些膜时，其原材料沿着上电极和下电极行进以在这些电极上形成沉积材料，从而在端面上向量子级联激光器提供绝缘膜和金属膜。此量子级联激光器可被例如用焊料安装在电子组件上，使得下电极上的沉积金属材料与焊料接触。使焊料将下电极连接到金属沉积材料的如此安装的量子级联激光器接收施加在上电极与下电极之间以用于产生激光的电压(例如，10伏特或更高的电压)，使得高电压被施加到金属膜。金属膜上的此高电压最终被施加到上电极与该上电极上的沉积金属材料之间的绝缘膜。

然而，用于绝缘膜的沉积材料在上电极上具有极小厚度，所述厚度小于端面上的绝缘膜的厚度(例如，与所述厚度的大约几十分之一一样小)。对用于上电极与该上电极上的金属膜之间的绝缘膜的极薄沉积材料施加例如10伏特或更大的高电压可以使在端面附近的极薄沉积材料击穿以形成击穿部分，并且大量电流(被称为侵入电流)流过沉积材料中的击穿部分，从而在级联激光器中导致故障，诸如端面的击穿。

在上电极上形成厚沉积材料使端面上的绝缘膜的厚度变大(例如，比目标厚度大几倍的厚度)。此厚绝缘膜需要长沉积时间，从而导致量子级联激光器的产量降低。另外，端面上的厚绝缘膜可以对端面产生附加应力，从而导致端面质量劣化，并且导致发生绝缘膜的破裂和/或剥离。

本发明的一个方面的目的是为了提供具有堆叠在端面上的绝缘膜和金属膜、能够减少绝缘膜的击穿的发生的量子级联激光器。

将在下面给出根据上述方面的实施例的描述。

根据实施例的量子级联激光器包括：(a)衬底，所述衬底包括主表面、背表面和衬底端面，主表面和背表面被布置在第一方向上，主表面与背表面相反，衬底端面与第二方向交叉，并且第二方向与第一方向交叉；(b)半导体层叠体，所述半导体层叠体被设置在衬底的主表面上，半导体层叠体具有层叠体端面，并且半导体层叠体包括在第二方向上从层叠体端面延伸的芯层和设置在芯层上的包覆层，衬底端面和层叠体端面被沿着参考平面布置；(c)第一电极，所述第一电极被设置在半导体层叠体上；(d)第二电极，所述第二电极被设置在衬底的背表面上；(e)绝缘膜，所述绝缘膜被设置在层叠体端面和第一电极上；以及(f)第一金属膜，所述第一金属膜被设置在层叠体端面、绝缘膜和第一电极上。绝缘膜位于第一金属膜与半导体层叠体之间。半导体层叠体和衬底被设置在第一电极与第二电极之间。衬底端面具有第一区和第二区，并且第一区和第二区被布置在从衬底的背表面到其主表面的方向上。第一金属膜具有在第二区上的端部。

在量子级联激光器中，第一金属膜被设置在层叠体端面、绝缘膜和第一电极上，并且绝缘膜位于第一金属膜与层叠体端面之间。衬底端面具有布置在从衬底的背表面到主表面的方向上的第一区和第二区。第一金属膜具有在第二区上的端部。第一金属膜在第二区上终止可使第一金属膜与第二电极和焊料材料分离，所述焊料材料在将量子级联激光器固定到电子组件时与第二电极接触。

在根据实施例的量子级联激光器中，绝缘膜可以在第二电极上延伸。量子级联激光器在位于第二电极上的绝缘膜上没有金属。量子级联激光器具有第二电极上的绝缘膜出现在的外表面。

根据实施例的量子级联激光器还包括在衬底端面和第二电极上的第二金属膜，并且第二金属膜具有在衬底端面上的端部，并且第二金属膜的端部远离于第一金属膜。

在根据实施例的量子级联激光器中，绝缘膜可以具有在第二区上的边缘。量子级联半导体激光器防止绝缘膜覆盖衬底的端面的全部，从而增强来自衬底端面的热量的消散。

在根据实施例的量子级联激光器中，半导体层叠体包括布置在第二方向上的第一区和第二区，第二区具有层叠体端面。第一电极在第一区中具有第一厚度而在第二区中具有第二厚度，并且第二厚度小于第一厚度。

量子级联半导体激光器允许第一电极在第二区中具有第二厚度，并且第二区上的第一电极使劈开变得容易，从而提高产量。第一电极具有第一区和第二区，并且第一电极的第一区具有比第一电极的第二区的电阻大的电阻。

在根据实施例的量子级联激光器中，第一电极被终结在半导体层叠体的第一区上，并且远离于层叠体端面。

在根据实施例的量子级联激光器中，半导体衬底包括布置在第二方向上的第一区和第二区，并且衬底的第二区包括衬底端面。第二电极在第一区中具有第一厚度而在第二区中具有第二厚度，并且第二厚度小于第一厚度。

在根据实施例的量子级联激光器中，衬底包括布置在第二方向上的第一区和第二区，并且第二电极被终结在衬底的第一区上并且远离于衬底端面。

在根据实施例的量子级联激光器中，绝缘膜包括sio2、sion、sin、氧化铝、bcb树脂或聚酰亚胺树脂中的至少一种。这些材料可向量子级联半导体激光器的绝缘膜提供极好的耐久性和绝缘性质，并且允许绝缘膜用作用于层叠体端面和衬底端面的保护膜。上述材料的膜可使用介电膜沉积诸如溅射、cvd或旋涂形成在层叠体端面和衬底端面上。可将用于形成绝缘膜的工艺引入到用于制作量子级联半导体激光器的工艺中。

在根据实施例的量子级联激光器中，金属膜包括au膜。使用au膜作为反射膜可向量子级联半导体激光器提供在层叠体端面和衬底端面处超过例如90％的高反射比。

在根据实施例的量子级联激光器中，包覆层包括inp。inp是二元混合晶体，所述二元混合晶体与inp基部晶格匹配，这允许inp衬底上的inp层的令人满意的晶体生长。inp具有极好的导热性，并且允许包覆层使来自芯层的热量消散。将inp用于包覆层可向量子级联激光器提供极好的温度特性。

在根据实施例的量子级联激光器中，芯层包括各自用作发光区的有源层以及各自使得能够将载流子注入到有源层中的注入层，并且有源层和注入层被交替地布置在第一方向上。有源层和注入层的交替布置允许芯层中的注入层连续地且平滑地将其上的电子注入到与其相邻的有源层和相邻有源层中以通过导带中的子带跃迁来发射光，使得芯中的注入和子带跃迁的级联允许量子级联半导体激光器产生激光，从而增强激光特性。

在根据实施例的量子级联激光器中，有源层和注入层中的每一个包括gainas/alinas的超晶格。gainas/alinas超晶格的有源层和注入层允许芯层借助导带中的子带之间的电子跃迁在中红外波长(例如，3至20微米)中产生激光。

根据实施例的量子级联激光器，半导体衬底包括inp基部。能够在中红外区域中产生光的量子级联半导体激光器具有晶格常数接近于inp的晶格常数的半导体层叠体。使用inp基部作为半导体衬底允许使半导体层叠体以极好的晶体质量生长在半导体衬底上。另外，对中红外波长中的光透明的inp的半导体衬底可充当包覆层。

可通过参考作为示例而示出的附图考虑以下详细描述容易地理解本发明的教导。参考附图，将在下面描述根据本发明的量子级联激光器和用于制作量子级联激光器的方法的实施例。为了方便理解，相同的附图标记在可能的情况下用于标明为这些图所共有的相同的元件。

图1是示出根据实施例的量子级联激光器1的立体图。为了容易理解，在图1中描绘了xyz坐标系统，并且在本实施例中x轴、y轴和z轴彼此正交。量子级联激光器1可以具有分布式反馈型(dfb)，所述dfb允许量子级联激光器1在单模下例如在3至20微米的中红外波长区域中产生激光。如图1中所示，量子级联激光器1被用焊料材料4安装在位于载体2上的安装座3上。具体地，量子级联激光器1被以外延向上方式(其中外延表面向上)用焊料材料4管芯接合到安装座3。量子级联激光器1具有下电极，所述下电极被用安装座3和焊料材料4电连接到载体2，并且具具有上电极，所述上电极连接到布线导体5的到达接合焊盘的端部以向量子级联激光器1馈送电力。量子级联激光器1的上电极通过布线导体5电连接到安装座上的焊盘电极。载体2和焊盘电极电连接到外部电源。在量子级联激光器1的上电极和下电极之间施加来自外部电源的预定电压使量子级联激光器1导通以使电流流入量子级联激光器1，使得量子级联激光器1发射激光。

载体2具有在x方向上例如4～8mm的宽度w1和在y方向上例如4～8mm的长度l1，并且载体2具有在z方向上例如1～8mm的厚度h1。安装座3具有在x方向上例如1～4mm的长度w2和在y方向上例如2～4mm的长度l2，并且具有在z方向上例如0.1～0.5mm的厚度h2。安装座3可以包括aln或cuw，并且载体2可以包括cu或cuw。焊料材料4可以包括ausn、铟(in)或银膏，并且布线导体5可以包括au。

图2是示出图1中所示的量子级联激光器1的立体图。图3是沿着图1中所示的线iii-iii截取的横截面图。如图2和图3中所示，量子级联激光器1包括半导体器件部分10、绝缘膜71和金属膜72(第一金属膜)。半导体器件部分10具有使得能够限制电流的埋入异质结构(bh)，其被称为电流限制结构。半导体器件部分10具有在波导台面延伸的方向上(例如，在y方向上)延伸的条形台面。半导体器件部分10具有在y方向上例如1～3mm的长度l3；在x方向上例如400～800微米的长度w3；以及例如100～200微米的长度h3(半导体器件部分10的厚度)。半导体器件部分10具有在y方向上彼此相反的后端面10a和前端面10b。另外，半导体器件部分10包括半导体衬底20、半导体层叠体30、两个电流阻挡部40、上电极50(被称为第一电极)和下电极60(被称为第二电极)。

如图3中所示，量子级联激光器1被安装在安装座3上，使得半导体衬底20被用焊料材料4接合到其。半导体衬底20可以是例如n型inp衬底。半导体衬底20是导电的以在在上电极50与下电极60之间施加电压时允许电流流过半导体层叠体30。为了允许量子级联激光器1使用被用作载流子的电子，半导体衬底20具有n型导电性。半导体衬底20可作为相对于芯层33的下包覆区域。可替选地，量子级联激光器可在半导体衬底20与芯层33之间具有下包覆层，而不需要作为下包覆区域的半导体衬底20。半导体衬底20包括主表面20a、背表面20b和衬底端面20c。主表面20a和背表面20b彼此相反(在z方向上)。半导体衬底20的主表面20a、背表面20b和安装座3被依次布置在例如z方向上。半导体衬底20在z方向上具有在z方向上例如100微米的厚度(被限定为主表面20a与背表面20b之间的距离)。衬底端面20c与例如在y方向(第二方向)上延伸的轴交叉，并且连接主表面20a和背表面20b。衬底端面20c被后端面10a包括。衬底端面20c包括位于在z方向上接近于后表面20b的下区域20d(第一区)以及位于在z方向上与背表面20b分开的被设置在下区域20d与主表面20a之间的上区域20e(第二区)。下区域20d和上区域20e被沿着例如在z方向上延伸的轴布置。

半导体层叠体30被设置在半导体衬底20的主表面20a上。半导体层叠体30具有与例如在z方向上延伸的轴的方向交叉的上表面30a、与例如在y方向上延伸的轴的方向交叉的层叠体端面30b、以及与主表面20a接触并且与上表面30a相反的底面。层叠体端面30b和衬底端面20c被沿着参考平面布置。后端面10a除了包括衬底端面20c之外还包括半导体层叠体30的端面30b。半导体层叠体30具有台面形状。半导体层叠体30例如在y方向上延伸的条形状，在x方向上具有限定的宽度wm，并且在x方向上与量子级联激光器1的侧面分开定位。半导体层叠体30包括在y方向上彼此相反的端面和在x方向上彼此相反的侧面。用作反射镜的半导体层叠体30的端面构成量子级联激光器1的激光腔。这些端面中的一个被包括在层叠体端面30b中。半导体层叠体30包括被顺序地布置在半导体衬底20上的缓冲层32、芯层33、衍射光栅层34、上包覆层35和接触层36。

缓冲层32和上包覆层35可由例如n型inp制成。缓冲层32连同半导体衬底20一起工作以为芯层33提供下包覆区域。上包覆层35被设置在芯层33与衍射光栅层34之间，所述衍射光栅层34位于芯层与上包覆层之间。如果需要，半导体层叠体30使用缓冲层32，并且芯层33被直接地设置在半导体衬底20的主表面20a上。芯层33从层叠体端面30b起沿着在y方向上延伸的轴的方向延伸。芯层33包括多个单元结构。单元结构被布置在沿其布置有芯层和上包覆层的轴的方向(z方向)上，从而形成阵列，并且该阵列中的邻接单元结构彼此接触。阵列可以包括例如几十个单元结构。这些单元结构各自包括被例如在z方向上交替地布置以形成超晶格的量子阱层(几纳米厚)和势垒层(几纳米厚)。量子阱层各自可包括gainas或gainasp，并且势垒层各自可包括alinas。每个单元结构由有源层和注入层组成。有源层各自作为发光区以发射光。注入层各自可将载流子递送到相邻有源层中。有源层和注入层被沿着z方向堆叠以形成由gainas/alinas制成的超晶格。

将简要地描述量子级联激光器1的光发射的机制。量子级联激光器1使用单种载流子诸如电子来发射通过电子在有源层中的导带的子带之间的光跃迁所引起的光。通过发射产生的光在量子级联激光器1的激光腔中被放大，由此量子级联激光器1在中红外波长区域中发射激光。具体地，量子级联激光器1在有源层的导带中具有以下三能级系统。首先，注入层通过隧穿将电子注入到有源层的高能级中。这些电子从有源层的高能级跃迁到低能级。此跃迁产生具有能量等于其跃迁能量(子带的高能级和低能级之间的能量差)的波长的光。低能级中的电子通过使用lo声子散射还在短弛豫时间内进行到底能级的非辐射跃迁。如从上述描述看到的，低能级与底能级之间的能量差被设计成允许lo声子谐振地散射电子。电子在短弛豫时间内到底能级的非辐射跃迁在有源层中的高能级和低能级之间产生反转的电子群。如此弛豫到底能级的电子通过穿过其之间的注入层的电场漂移到下一级中的有源层的高能级。随后，量子级联激光器1中的芯层重复相同的跃迁，例如，在芯层中跃迁几十次以获得产生激光所必需的增益。量子级联激光器1使用量子阱层和势垒层，同时它们的厚度和它们的材料组成被适当地选择以允许调整高能级与低能级之间的能量差，例如，在用于在红外区域中产生激光的3至20微米的范围内。

如图3中所示，衍射光栅层34具有带周期λ的周期性表面结构的衍射光栅34a，所述周期性表面结构具有在y方向上交替地布置的凹部和脊部。衍射光栅34a被形成如下：在用于衍射光栅层34的膜上形成周期λ的图案化抗蚀剂；以及用图案化抗蚀剂蚀刻用于衍射光栅层34的膜以为衍射光栅形成在z方向上周期性地布置的凹部和脊部。周期λ的衍射光栅可选择性地反射相当于周期λ的波长即布拉格(bragg)波长的光，并且如此选择性地反射的光被激光腔放大，从而导致在量子级联激光器1中在单模下以布拉格波长产生激光。衍射光栅层34的性能通过指示在激光腔中向前和向后的导向光分量之间的耦合的大小的耦合系数来表示。具有大耦合系数的衍射光栅34a允许量子级联激光器1令人满意地产生单模激光束。衍射光栅层34被提供有具有高折射率的半导体，诸如未掺杂的或n型gainas，以实现大耦合系数。

注意，如果需要，半导体层叠体30包括接触层36，否则上包覆层35与上电极50之间的接触可提供良好的欧姆接触。接触层36与上电极50形成良好的欧姆接触。接触层36由具有小带隙并且与半导体衬底20晶格匹配的材料制成以实现良好的欧姆接触。接触层36由例如n型gainas制成。

如图2中所示，半导体层叠体30通过在其两个侧面上的两个电流阻挡部40被嵌入，并且电流阻挡部40充当限制半导体层叠体30中的电流(载流子)的电流限制层。两个电流阻挡部40被设置在半导体衬底20的主表面20a上以覆盖半导体层叠体30的两个侧面。每个电流阻挡部40包括未掺杂的或半绝缘的半导体。这些未掺杂的和半绝缘的半导体具有对诸如电子的载流子适合于电流阻挡部40的材料的高电阻。向iii-v化合物半导体添加诸如fe、ti、cr和co(掺杂剂)的过渡金属在禁带中形成可俘获电子的深能级，以向宿主半导体提供半绝缘性质。掺杂有过渡金属的iii-v化合物半导体对足够高电的电子具有例如10⁵ωcm或更大的比电阻。铁(fe)是用于使得能实现半绝缘性质的极好的过渡金属。对电子具有足够高的比电阻的未掺杂的半导体可被用于电流阻挡部40。未掺杂的或半绝缘的iii-v化合物半导体包含inp、gainas、alinas、gainasp和/或algainas。这些半导体与半导体衬底20晶格匹配，并且通过生长方法诸如分子束外延(mbe)和金属有机气相外延(omvpe)来生长。

上电极50和下电极60被布置成向芯层33供应电流。上电极50和下电极60各自包括例如ti/au、ti/pt/au或au/ge。上电极50作为例如阴极，并且被设置在半导体层叠体30的上面30a(具体地，在接触层36上)和电流阻挡部40上。下电极60作为例如阳极，并且被设置在半导体衬底20的背表面20b上并且与焊料材料4接触。下电极60相对于上电极50接收正电位。

如果需要，光限制层可以被设置在芯层33与半导体衬底20之间和/或在芯层33与上包覆层35之间。光限制层具有比半导体衬底20和上包覆层35的带隙小并且比芯层33的带隙大的带隙。光限制层不阻挡借此从缓冲层32高效地注入到芯层33的电子。这些带隙的大小关系允许光限制层各自具有比半导体衬底20和上包覆层35的折射率大并且比芯层33的折射率小的折射率。半导体衬底20和上包覆层35因此工作来将由芯层33产生的光限制到芯层33和光限制层中，从而增强到芯层33中的光的限制。为了增强到芯层33中的光的限制，光限制层可由具有比半导体衬底20和上包覆层35的折射率高的折射率并且与半导体衬底20晶格匹配的材料制成。光限制层可以包括例如未掺杂的或n型gainas。

绝缘膜71被设置为与半导体器件部分10的后端面10a相邻。具体地，绝缘膜71具有设置在后端面10a上的厚部以及分别从厚部起沿着上电极50和下电极60延伸的上部薄部和下部薄部。更具体地，层叠体端面30b和衬底端面20c被绝缘膜71的厚部完全地覆盖，并且上电极50和下电极60具有接近于后端面10a的被绝缘膜71的上部薄部和下部薄部覆盖的端部。绝缘膜71的厚部在后面10a上具有比厚度膜71的上部和下部的被限定为z方向上的厚度的厚度大的被限定为y方向上的厚度的厚度，绝缘膜71的上部和下部分别在上电极50和下电极60上。例如，绝缘膜71在后刻面10a上具有100～200nm的厚度，并且绝缘膜71在上电极50和下电极60上具有在z方向上20～30nm的相应厚度。绝缘膜71由包括sio2、sion、sin、al2o3(氧化铝)、bcb树脂或聚酰亚胺树脂中的至少一种的介电膜制成。

金属膜72被设置在位于绝缘膜71上的层叠体端面30b上，并且从层叠体端面30b起沿着上电极50延伸。金属膜72具有边缘72a，所述边缘72a在z方向上位于衬底端面20c的上区域20e中并且与衬底端面20c的下区域20d分开，并且在x方向上在上区域20e上延伸。金属膜72除了覆盖上区域20e之外还覆盖层叠体端面30b和上电极50的接近于后端面10a的端部，并且从金属膜72的边缘72a朝向主表面20a例如在z方向上向上电极延伸。量子级联激光器1的所有金属膜(包括金属膜72)未被设置在下电极60和下区域20d上。金属膜72覆盖层叠体端面30b的至少一部分，并且除了覆盖层叠体端面30b之外还可以覆盖衬底端面的一部分。

另外，从背表面20b到主表面20a的在z方向上截取的距离(即，半导体衬底20的厚度)被称为d1，并且从背表面20b到金属膜72的边缘72a的位置的在z方向上截取的距离被称为d2。金属膜72被提供有被定位以便满足d1>d2(其指示d1大于d2)的关系的边缘72a。另外，满足d1-d2>5微米的关系，并且此外可以满足d1-d2>10微米的关系。金属膜72具有在y方向上比上电极50上的绝缘膜71的边缘更接近于后端面10a的位于上电极50上的边缘，并且金属膜72的边缘相对于绝缘膜71的边缘缩回。这些边缘之间的差可防止金属膜72与上电极50直接接触。金属膜72在后面10a上具有比上电极50上的金属膜72的在z方向上限定的厚度小的在y方向上限定的厚度。金属膜72包括例如au，并且具有例如不小于90％的高反射比。

将给出用于制作具有上述结构的量子级联激光器1的方法的描述。图4a至4c、图5a至图5c、图6、图7a和图7b以及图8a和图8b是各自示出用于制作图1中所示的量子级联激光器1的方法中的主要工艺的示意图。图4a至图4c和图6是各自沿着相当于图1的线iii-iii且与yz平面平行的线截取的横截面视图，并且图5a至图5c是各自沿着与yz平面平行的平面截取的横截面视图。首先，制备在后面的工艺中为半导体衬底20的晶片。然后，在第一晶体生长步骤中，通过诸如mbe和omvpe的生长方法依次在晶片的主表面上生长缓冲层32、芯层33和衍射光栅层34，以形成外延晶片。此后，通过在衍射光栅层34上光刻在外延晶片上形成抗蚀剂掩模80。如图4a中所示，抗蚀剂掩模80具有用于衍射光栅34a的图案。抗蚀剂掩模80的图案在y方向上具有λ的宽度。外延晶片在z方向上被用抗蚀剂掩模80蚀刻以在衍射光栅层34中形成具有如图4b中所示的周期性结构的衍射光栅34a。

在第二晶体生长步骤中，如图4c中所示，上包覆层35和接触层36依次在衍射光栅层34上生长。接下来，如图5a中所示，通过光刻在接触层36上形成限定半导体层叠体30的掩模81。掩模81在用于量子级联激光器1的器件部分中的每一个中具有在y方向上延伸的在x方向上限定的预定宽度wm的图案，并且该图案在x方向上与器件部分之间的边界分开。掩模81可以包括与绝缘膜71的材料相同的材料，并且具体地，由包含sin、sion、氧化铝和sio2中的至少一种的介电材料制成。

利用掩模81的蚀刻工艺形成半导体层叠体30，其具有如图5b中所示的台面形状。蚀刻可以包括干蚀刻和/或湿蚀刻，并且干蚀刻可用于形成半导体层叠体30。干蚀刻可向预定宽度wm的半导体层叠体30提供极好的垂直性和高准确性。干蚀刻大大地影响量子级联激光器1的器件特性。干蚀刻可以是例如反应离子蚀刻(rie)，并且反应离子蚀刻(rie)使用蚀刻气体的等离子体。

在第三晶体生长步骤中，用留在半导体层叠体30上的掩模81生长半绝缘的半导体层，诸如掺杂有fe的inp。如图5c中所示。沉积材料较少形成在掩模81上，并且在半导体层叠体30的两侧(在图5b中通过蚀刻而形成的凹部中)生长半绝缘的半导体层，以便嵌入半导体层叠体30。形成这两个电流阻挡部40以嵌入半导体层叠体30。在去除掩模81之后，如图6中所示，上电极50形成在半导体层叠体30的上面30a上。在形成上电极之后，通过抛光使晶片变薄至允许劈开晶片的厚度(例如，100至200微米)，然后如图6中所示，下电极60形成在变薄的半导体衬底20的背表面20b上。

上述工艺使晶片产品完成。图7a示出具有用于被按照x和y方向布置在整个晶片上的多个量子级联激光器1的半导体器件部分10的器件部分的阵列的晶片产品。在图7a中，描绘了器件部分之间的边界线b1和b2并且晶圆产品被沿着线b1和b2划分以形成多个半导体器件部分10。具体地，边界线b1在x方向上延伸并且边界线b2在y方向上延伸。然后，通过在边界线b1处劈开成各自具有用于半导体器件部分10的多个器件部分的布置的芯片条例如如图7b中所示的芯片条85，使晶片产品分离。芯片条85包括沿x方向布置的多个半导体器件部分。芯片条85具有包括布置在x方向上的量子级联激光器1的后端面10a的端面85a。

将给出在端面85a上形成绝缘膜71的工艺的描述。首先，如图8a中所示，制备两个保护器90以便在芯片条85的期望区域上形成绝缘膜71，并且期望区域包括芯片条85的端面85a。保护器90各自可以具有矩形的薄板，其纵向像图8a中所示的那样被定向到x方向。一个保护器90用于覆盖除了接近于芯片条85的端面85a的上电极50的近区之外，的几乎所有上电极50即远区，而不覆盖任何端面85a。一个保护器90具有位于上电极50的近区和远区之间的边界处的端部，并且近区和远区被布置在y方向上。另一保护器90用于覆盖除了接近于芯片条85的端面85a的下电极50的近区之外的几乎所有下电极60即远区，而不覆盖任何端面85a。另一保护器90具有位于下电极60的近区和远区之间的边界处的端部，并且近区和远区被布置在y方向上。在将这些保护器90附接到芯片条之后，绝缘膜71形成在端面85a上。具体地，包含用于绝缘膜71的组成原子的焊剂被供应给端面85a，并且组成原子例如通过cvd或溅射被沉积在端面85a上以形成膜。组成原子在端面85a的法线方向上朝向端面85a行进。这时，错过端面85a的组成原子沿着上电极50和下电极60两者行进，并且被沉积在被包括在芯片条85的近区中的上电极50和下电极60的部分上，从而形成绝缘膜71。绝缘膜71被形成在端面85a和芯片条85的近区中以形成第二晶片产品。在形成绝缘膜71之后，保护器90与芯片条分离。

将给出在端面85a上形成金属膜72的工艺的描述。首先，如图8b中所示，制备另一保护器91。另一保护构件91具有板状形状的第一部分和板状形状的第二部分，其端部彼此连接，并且第一部分在x方向上沿着其纵向方向延伸以提供在沿着与x方向交叉的平面截取的横截面中具有l形状的另一保护器。使用保护器90代替另一保护器91，并且用其第一部分以及端面85a的接近于下电极60的部分即具有其第二部分的区域20d覆盖整个下电极60。在将保护构件90和另一保护构件91附接到在其上具有绝缘膜71的芯片条85之后，金属膜72形成在端面85a上的绝缘膜71上。另一保护器91的第二部分即l形状的弯曲部分覆盖端面85a的在z方向上接近于下电极60的下区域，使得如此沉积的金属膜72在l形弯曲部分的尖端的位置处具有边缘72a。具体地，电子束蒸发用于在端面85a上沉积用于金属膜72的组成原子。此蒸发可在绝缘膜71上形成金属膜72，所述绝缘膜71覆盖芯片条85的附区中的上电极50。金属膜72形成在端面85a的一部分和上电极50上的芯片条85的近区上。

用于形成金属膜72的保护器90具有在y方向上比用于形成绝缘膜71的保护器90在y方向上的长度长的长度。金属膜72的边缘被定位为在y方向上相对于端面85a更接近于上电极50上的绝缘膜71的边缘，使得这些边缘之间的位置差可防止金属膜72与上电极50直接接触以形成短路路径。在形成绝缘膜71和金属膜72之后，如此形成的芯片条85通过劈开(参考图7b)成如图1中所示的量子级联激光器1而沿着边界线b2破裂。

将给出根据上述实施例的量子级联激光器1的有益效果的描述。量子级联激光器是可在诸如环境气体分析、医学诊断和工业加工的技术领域中使用的有前途的光源。量子级联激光器产生中红外波长(例如，3至30微米的波长范围)中的激光光束。量子级联激光器可以是在大小和成本方面提供减少的光源，并且现在正在开发。特别地，在中红外波长方面有前途的气体感测的领域中，中红外的单模dfb量子级联激光器成为开发的主流，因为它们可提供用于在检测特定气体的吸收线时使用的光。这种量子级联激光器原则上结合由于lo声子散射而导致的非辐射复合的发生，这将激光的阈值电流增加到几百ma至几个安培，使得量子级联激光器消耗大量的功率。阈值电流的增加是妨碍量子级联激光器的实际使用的原因之一。为了抑制阈值电流的增加，量子级联激光器可被提供有在其端面上包括金属膜的激光腔。

将给出在其端面上具有金属膜的量子级联激光器的结构的描述。图9是示出量子级联激光器100的立体图。图10是沿着图9中所示的线x-x截取的横截面图。为了容易理解，在每个图中描绘xyz坐标系统，并且在本实施例中，x方向、y方向和z方向彼此正交。请注意，为了示出通过焊料材料的导电路径，图10不仅显示量子级联激光器100而且示出在将量子级联激光器100安装在安装座上时使用的焊料材料4。量子级联激光器100具有与本实施例的量子级联激光器1的埋入异质结构相同的埋入异质结构。如图9中所示，量子级联激光器100包括半导体器件部分10、绝缘膜71和金属膜101。

根据本实施例的金属膜101与金属膜72之间的形状差异是金属膜101经由绝缘膜71从后端面10a延伸到下电极60。用焊料4将具有金属膜101的量子级联激光器100安装在安装座上使下电极60上的金属膜101与焊料材料4接触。在上电极50与下电极60之间施加使得能够在量子级联激光器100中实现激光器振荡的外部电压(例如，10伏特或更高的高电压)导致如此施加在下电极60上的电压经由焊料材料4施加到金属膜101。外部电压因此被施加到上电极50与上电极50上的金属膜101之间的绝缘膜71。

如上所述，然而，绝缘膜71在上电极50上具有比后端面10a上的绝缘膜71的厚度t1薄得多的厚度t2。例如10伏特或更高的上述高电压可以被施加到设置在上电极50与金属膜101之间的绝缘膜71，以引起绝缘膜71的击穿。此击穿可以在绝缘膜71中形成电流路径，其允许大量电流(即，侵入电流)借此在后端面10a附近流动，使得量子级联激光器100可以经历故障，诸如端面处的击穿。使上电极50上的绝缘膜变厚向后端面10a上的产生的绝缘膜提供大厚度(例如，是之前的数倍厚)。形成此厚膜增加在后面10a上形成绝缘膜71的沉积时间(例如，长数倍)，从而降低量子级联激光器100的产量。具有如此大厚度的绝缘膜使对后端面10a的应力变大，并且此应力可以引起后端面10a的劣化，诸如绝缘膜71的破裂、从后端；；面10a剥离。

相比之下，如图3中所示，在衬底端面20c的区域20e上向金属膜72提供边缘72a并且在金属膜72与背表面20b之间向衬底端面20c提供区域20d的根据本实施例的量子级联激光器1可防止金属膜72与焊料材料4接触，从而允许金属膜72、下电极60和焊料材料4彼此电绝缘。在上述量子级联激光器1中，电绝缘可防止对设置在上电极50与上电极50上的金属膜72之间的绝缘膜71施加电压，并且不施加电压避免绝缘膜71的击穿。绝缘膜71的不击穿导致不破坏端面，从而抑制量子级联激光器1的器件特性的劣化。作为量子级联激光器1的激光腔的层叠体端面30b的全部或部分涂层允许金属膜72反射导向光。使得能实现高反射的金属膜72可改进量子级联激光器1的器件性能(特别地，可减小阈值电流)。

此外，像在本实施例中一样，绝缘膜71可以包括sio2、sion、sin、氧化铝、bcb树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一种，其中的每一个具有在用于后端面10a的保护膜中使用的极好的耐久性和绝缘性质。另外，这些介电膜是通过诸如溅射、cvd或旋涂的熟悉方法来提供的，容易地形成在后面10a上。使用这些方法中的一种使将绝缘膜71的沉积引入到量子级联激光器1的制作工艺中变得容易。

在本实施例中，金属膜72可以包括au。au可向后面10a上的金属膜72提供例如超过90％的高反射比。

在本实施例中，上包覆层35可以包括inp层。inp对于中红外波长中的激光而言是透明的(不吸收光)，并且可适合作为上包覆层35的材料。inp也是二元混合晶体，所述二元混合晶体与inp的半导体衬底20晶格匹配，使得inp层可令人满意地生长在inp衬底上。另外，inp具有极好的导热性，并且可令人满意地通过上包覆层35使来自芯层33的热量消散。这种极好的导热性可向量子级联激光器1提供极好的温度特性。

在本实施例中，芯层33包括使得能实现光发射的多个有源层，以及使得能够将载流子注入到相邻有源层中的多个注入层，并且有源层和注入层被布置在z方向上。如上在有源层之间提供注入层允许在上游有源层中如此光学上跃迁的电子连续地且平滑地移动到下游有源层，并且电子的传输可在有源层中的导带中的子带之间生成光发射。芯层33可向量子级联激光器1提供极好的激光特性。

在本实施例中，有源层和注入层各自可以包括gainas/alinas超晶格的阵列。用于有源层的超晶格可在有源层的导带中的电子的子带之间提供跃迁，并且子带跃迁允许中红外波长(例如，3至20微米)的光发射。量子级联激光器1向芯层33提供允许中红外波长中的波长的激光作用的材料。

在本实施例中，半导体衬底20可以是inp基部。量子级联激光器1的半导体层叠体30具有接近于inp的晶格常数的晶格常数。将inp基部用于半导体衬底20允许使半导体层叠体30以极好的晶体质量生长在半导体衬底20上。inp对于中红外波长中的光而言是透明的，使得inp衬底可用作用于芯层33的下包覆层。

(第一修改)

图11是示出根据该实施例的第一修改的量子级联激光器1a的立体图。图12是沿着在本实施例中与yz平面平行的图11中所示的线xii-xii截取的横截面图。在上述实施例中，量子级联激光器1a被实际上用焊料材料4安装在安装座3上。图12示出焊料材料4粘附到量子级联激光器1a的底面。本修改与上述实施例的不同之处在于量子级联激光器1a还包括金属膜72a(第二金属膜)。金属膜72a从衬底端面20c延伸到下电极60，并且在衬底端面20c的区域20d上具有边缘72b。边缘72b在区域20d上沿着x方向的轴延伸。也就是说，金属膜72a覆盖下电极60的接近于后端面10a的近区，并且覆盖在z方向上接近于后面20b并且远离金属膜72a的边缘72b的区域20d的一部分。此外，衬底端面20c的区域20d上的金属膜72a的边缘72b在z方向上与衬底端面20c的区域20e上的金属膜72的边缘72a间隔开，而不与金属膜72的边缘72a接触。在z方向上边缘72b与边缘72a之间的距离是例如5～50微米，并且上述距离的更好范围例如是10至50微米。

在量子级联激光器1a中，金属膜72a的边缘72b在z方向上与后端面10a上的边缘72a的分离可使金属膜72a与金属膜72电绝缘。因此，量子级联激光器1a防止对下电极60施加用于量子级联激光器1a的激光作用的电压导致经由金属膜72a和焊料材料4将该电压施加到金属膜72，使得该电压未被施加到位于上电极50与上电极50上的金属膜72之间的绝缘膜71，以避免绝缘膜71的击穿。量子级联激光器1a也具有由根据该实施例的量子级联激光器1提供的有益效果。

随后，将给出用于制作根据本修改的量子级联激光器1a的示例性方法的描述。本方法具有被划分成前者部分和后者部分的多个工艺步骤。前者部分具有与第一实施例方法中的那些工艺步骤相同的工艺步骤，并且在在端面85a上形成绝缘膜71的步骤(示出在图8a中)处结束，而后者部分从在端面85a上形成金属膜72和金属膜72a的步骤开始。在以下描述中，将详细地描述后者部分。图13a和图13b是各自示出制作图11中所示的量子级联激光器1a的工艺的视图。如图13a中所示，在绝缘膜71形成在端面85a上之后，用于金属膜72和72a的金属膜73形成在端面85a上。更具体地，包含用于金属膜73的组成原子的焊剂例如通过电子束蒸发被供应到端面85a，以在端面85a上形成金属膜73，并且也沿着上电极50和下电极60上的绝缘膜71行进以在上电极50和下电极60上形成沉积材料。

如图13b中所示，保护器92和93被制备。覆盖上电极50的保护器90和覆盖下电极60的另一保护器90被去除。在去除之后，保护器92被附接到芯片条以便用其覆盖上电极50，并且保护器93被附接到芯片条以便用其覆盖下电极60。保护器92和93各自具有提供在x方向上延伸的纵向部分和在z方向上延伸的垂直部分而形成的l字符形状，并且纵向部分和垂直部分在其端部处彼此相遇。保护器92和93被附接到芯片条。保护器92的纵向部分覆盖上电极50的整个顶面，并且保护器93的纵向部分覆盖下电极60的整个顶面。保护器92和93中的每一个的垂直部分被定位到端面85a。保护器92和93的垂直部分具有可限定金属膜72a的边缘72b和金属膜72的边缘72a的相应尖端。如此附接的保护器92和93限定垂直部分之间的金属膜73上的间隙。芯片条被用保护器92和93干蚀刻以去除端面85a上的金属膜73的一部分，从而从金属膜73产生具有边缘72b的金属膜72a和具有边缘72a的金属膜72。干蚀刻包括例如rie。如此蚀刻的芯片条85通过劈开被分离成量子级联激光器1a，如图11中所示。

(第二修改)

图14是示出根据上述实施例的第二修改的量子级联激光器1b的立体图。图15是沿着图14中所示的线xv-xv截取的横截面图，并且此横截面相当于与yz平面平行的平面。修改例在端面85a上的绝缘膜的涂层方面与上述实施例不同。上述实施例中的绝缘膜71被设置在下电极60上，并且此修改中的绝缘膜71a与下电极60分开。上述实施例中的绝缘膜71覆盖端面85a的全部，并且此修改中的绝缘膜71a覆盖端面85a的一部分。绝缘膜71a在衬底端面20c的区域20e上具有边缘71a，并且在区域20e上在从激光器的一侧到另一侧的方向例如x方向上延伸。绝缘膜71a覆盖层叠体端面30b的全部和上电极50的在y方向上接近于后端面10a的近部分，并且覆盖区域20e的在z方向上接近于主表面20a的一部分中的绝缘膜71a的边缘71a。绝缘膜71a的边缘71a相对于区域20e上的金属膜72的边缘72a被定位为在z方向上更接近于背表面20b。

在下电极60上不具有绝缘膜71a的量子级联激光器1b具有与根据上述实施例的量子级联激光器1的有益效果相同的有益效果。将绝缘膜71a设置在衬底端面20c的一部分上使通过衬底端面20c的散热得以改进。量子级联激光器1b被提供有改进的器件特性和可靠性。

随后，将给出用于制作根据本修改的量子级联激光器1b的示例性方法的描述。本方法包括多个工艺步骤，所述多个工艺步骤包括具有与第一实施例方法的那些工艺步骤相同的工艺步骤并且在形成芯片条85(如图7b中所示)的工艺处结束的前者部分以及从紧跟在端面85a上形成绝缘膜71a的步骤之后的步骤开始的后者部分。在以下描述中，将详细地描述后者部分。图16a和图16b是示出用于制作图14中所示的量子级联激光器1b的工艺的图。首先，如图16a中所示，保护器94被制备。保护器94具有l字符形状，其具有在x方向上延伸的纵向部分和在z方向上延伸的垂直部分，并且纵向部分和垂直部分在相应端部处相遇。保护器90被附接到芯片条85以覆盖除了上电极50的在y方向上接近于端面85a的近区之外的上电极50的所有几乎全部，并且保护器94被附接到芯片条85覆盖下电极60。保护器94的垂直部分被定位到端面85a。保护器90和94被附接到条，并且保护器94的垂直部分具有限定绝缘膜71的边缘71a的尖端。保护器94的纵向部分覆盖下电极60的整个顶面的在y方向上接近于端面85a的近区。保护器94的垂直部分具有比保护器91的垂直部分的长度略短的长度。

接下来，绝缘膜71a形成在端面85a上。具体地，例如通过电子束蒸发朝向端面85a供应包含绝缘膜71a的组成原子的焊剂以在端面85a上形成沉积材料即绝缘膜71a。在此蒸发时，焊剂在上电极50周围行进以在芯片条85的上电极50上形成用于绝缘膜71a的沉积材料。此后，覆盖下电极60的保护器94被从芯片条85去除。上述实施例的保护器91被附接到芯片条85以便覆盖下电极60，并且保护器91的垂直部分被定位到端面85a的下端。保护器91的垂直部分覆盖端面85a相对于金属膜72的边缘72a的在z方向上更接近于下电极60的所有部分。保护器91的纵向部分覆盖下电极60的整个顶面。

在将保护器附接到芯片条85之后，金属膜72形成在端面85a上。具体地，例如通过电子束蒸发朝向端面85a供应用于金属膜72的组成原子的焊剂以在端面85a上形成沉积材料即金属膜72。在此蒸发中，用于金属膜72的焊剂沿着芯片条85的上电极50上的绝缘膜71行进以在上电极50上形成沉积材料。最后，像在上述实施例中一样，如此沉积的芯片条85例如通过劈开芯片条85而被分离成半导体芯片。这些工艺使如图14中所示的量子级联激光器1b完成。

(第三修改)

图17是示出上述实施例的第三修改的量子级联激光器1c的横截面图。具体地，图17中所示的横截面是沿着与yz平面平行的平面而截取的并且图示量子级联激光器1c的半导体层叠体30。此修改例在上电极和下电极的厚度上面与上述实施例不同。具体地，上电极50a和下电极60a各自有具有小厚度的一部分和具有大厚度的另一部分。如图17中所示，半导体层叠体30的上面30a具有第一区30c和沿着y方向的轴位于层叠体端面30b与第一区30c之间的第二区30d。第一区30c和第二区30d被布置在y方向的轴上。第一区30c与第二区30d不同，并且与前端面10b连续。第二区30d被设置在上面30a在y方向的轴上的一个边缘处，并且第二区30d的主面与后端面10a连续。上电极50a被设置在第一区30c和第二区30d两者上。上电极50a具有在第一区30c上的一个部分和在第二区30d上的另一部分，并且在上电极50a中，另一部分具有比该一个部分的厚度小的厚度。

另外，背表面20b包括沿着y方向的轴位于衬底端面20c与第一区20f之间的第一区20f和第二区20g。第一区20f和第二区20g被沿着y方向的轴布置。在背表面20b中，第一区20f与第二区20g不同，并且与前端面10b连续。第二区20g被设置在背表面20b的一端处，并且与后端面10a连续。下电极60a被设置在第一区20f和第二区20g上。下电极60a具有在第一区20f上的一个部分和在第二区20g上的另一部分，并且在第一区20f上的一个部分具有比在第二区20g上的另一部分的厚度小的厚度。

为了避免量子级联激光器1c中的散热劣化，上电极50a和下电极60a在其在第一区30c和第一区20f上的一个部分中具有各自在z方向上为5～10微米的相应厚度。相比之下，上电极50a和下电极60a在第二区30d和第二区20g上的其它部分中具有各自在z方向上为0.5～1.0微米的相应厚度。上电极50a和下电极60a在第二区30d和第二区20g的其它部分中具有各自在y方向上为10～100微米的相应长度。

绝缘膜71被设置在区域30c上以覆盖上电极50a，并且被设置在区域20f上以覆盖下电极60a。绝缘膜71与上电极50a共形，并且在第一区30d和第二区30c上的上电极50a的一个部分和另一部分之间的边界处具有阶梯部分71b(水平差)。绝缘膜71与下电极60a共形，并且在第一区20g和第二区20f上的下电极60a的一个部分和另一部分之间的边界处具有阶梯部分71c(水平差)。在一个示例中，阶梯部分71b和71c各自在与y方向正交的方向上延伸。金属膜72在上电极50a的位于第二区30d上的一部分上延伸。

用于上电极50a和下电极60a的金属膜在劈开线周围具有相应的变薄部分，并且变薄使得容易进行用于形成芯片条的劈开，每个芯片条在后端面10a(具体地，层叠体端面30b和衬底端面20c)附近具有部分变薄的上电极50a和下电极60a，从而允许用于制作量子级联激光器1c的方法中的产量提高。上电极50a的位于第二区30d上的一个部分的厚度比上电极50a的位于第一区30c上的另一部分的厚度小，使得上电极50a的一个部分具有比上电极50a的另一部分的表面电阻大的表面电阻。另外，下电极60a的位于第二区20g上的一个部分的厚度比下电极60a的位于第一区20f上的另一部分的厚度小，使得下电极60a的一个部分具有比下电极60a的另一部分的表面电阻大的表面电阻。上电极50a和下电极60a的大电阻部分使得有可能减小在后端面10a附近流动的泄漏电流。经减小的泄漏电流可向量子级联激光器1c提供改进的器件性能(例如，可减小阈值电流)。在第二区20g和第二区30d上在厚度上具有上电极50a和下电极60a的薄部分的量子级联激光器1c也具有与上述实施例的有益效果相同的有益效果。

随后，将给出用于制作根据本修改的量子级联激光器1c的方法的描述。用于制作根据此修改的量子级联激光器1c的方法具有前者部分和后者部分，所述前者部分具有与第一实施例中的那些工艺步骤相同的工艺步骤并且在在形成两个电流阻挡部40的第三晶体生长步骤(如图5c中所示)处结束，所述后者部分从在半导体层叠体30上形成上电极50a的工艺开始。在以下描述中，将详细地描述后者部分。图18a和图18b是示出制作图17中所示的量子级联激光器1c的工艺的视图。图18a至图18c是示出量子级联激光器1c的半导体层叠体30的沿着相当于yz平面的线截取的横截面图。如图18a中所示，在半导体层叠体30的整个上面30a上形成用于上电极50a的薄金属膜51。此后，抗蚀剂被施加到金属膜51，然后被图案化以形成抗蚀剂掩模86，所述抗蚀剂掩模86具有覆盖第二区30d的图案。

如图18b中所示，利用抗蚀剂掩模86在薄金属膜51上进一步形成金属膜51。在此沉积中，金属膜51不形成在抗蚀剂掩模86上，而在抗蚀剂掩模的开口中沉积在区域30c上的金属膜51上。第二区30d上的结果得到的金属膜51具有比第一区30c上的金属膜51的厚度小的厚度。如图18c中所示，抗蚀剂掩模86被去除以在上面30a上形成上电极50a。随后，下电极60a以与形成上电极50a的方式相同的方式形成在半导体衬底20的背表面20b上。后续步骤与上述实施例中的那些步骤相同。

具体地，朝向端面85a供应用于金属膜72的金属粒子的焊剂以形成金属膜72，并且焊剂被阻止焊剂沿着上电极50a行进的阶梯部分71b弹回。此阶梯部分使得金属膜72难以形成在区域30c上的上电极50a上，从而确保金属膜72与上电极50a之间的电绝缘。根据本修改的量子级联激光器1c可增强后端面10a附近的绝缘，并且减少在后端面10a附近的绝缘膜71的击穿的发生。此修改示出可使第二区30d上的上电极50a和第二区20g上的下电极60a两者均部分地变薄，并且可替选地，可使上电极50a和下电极60a中的一个部分地变薄。具体地，可以在第二区30d上使上电极50a部分地变薄或者可以在第二区20g上使下电极60a部分地变薄。这三种量子级联激光器1c各自具有与该实施例的有益效果相同的有益效果。

图19是示出根据本修改的量子级联激光器1d的横截面图。如图19中所示，上电极50a被设置在第一区30c上而未被设置在第二区30d上，并且下电极60a可以被设置在第一区20f上而未被设置在第二区20g上。在后端面10a附近的上电极50a和下电极60a的部分去除允许量子级联激光器1d具有上述有益效果。具体地，使用于上电极50a和下电极60a的金属膜从要劈开的线分离开使得容易通过劈开来形成后面10a，这提供制作量子级联激光器1d的产量的增加。使上电极50a和下电极60a与后端面10a分开使在后端面10a附近的表面电阻变大，从而减小在后端面10a附近流动的泄漏电流。量子级联激光器1d具有极好的器件特性(特别是，阈值电流的减小)。

在制作量子级联激光器1d时，在根据上述实施例的形成两个电流阻挡部40的第三晶体生长步骤(如图5c中所示)之后，可执行以下工艺。图20a至图20c是各自示出制作图19中所示的量子级联激光器1d的工艺的示意图。图20a至图20c各自示出作为与yz平面平行的平面的横截面，包括量子级联激光器1d的半导体层叠体30。如图20a中所示，抗蚀剂被图案化以形成覆盖第二区30d的具有图案的抗蚀剂掩模87。接下来，如图20b中所示，用于上电极50a的金属膜52例如通过气相沉积形成在第一区30c和抗蚀剂掩模87上。如图20c中所示，金属膜52的沉积后面是剥离，所述剥离同时地去除抗蚀剂掩模87和其上的金属膜52的沉积材料，从而在背表面20b上形成上电极50a。

随后，下电极60a以与用于形成上电极50a的工艺相同的方式形成在半导体衬底20的背表面20b上。后续工艺步骤与上述实施例中的那些工艺步骤相同。在量子级联激光器1d中，上电极50a和下电极60a分别被设置在第一区30c和第一区20f上。如果需要，上电极50a被设置在第一区30c上并且下电极60a被设置在整个背表面上，以及可替选地，下电极60a被设置在第一区20f上并且上电极50a被设置在上面30a上。这些量子级联激光器各自具有与该实施例相同的有益效果。

本发明的量子级联半导体激光器不限于上述量子级联半导体激光器，并且其它修改是可能的。例如，上述实施例和每个修改可以依照根据上述实施例的目的和效果彼此组合。在上述实施例和修改中绝缘膜和金属膜被设置在半导体器件的后端面上，但是绝缘膜和金属膜可以被设置在半导体器件的前端面上或者在半导体器件的前端面和后端面两者上。根据上述实施例和修改的量子级联激光器各自具有埋入异质结构，并且如果需要，具有另一种结构，诸如具有形成在半导体层叠体30的两侧面上的绝缘膜(例如，介电膜，诸如sio2)的高台面结构。另外，上述实施例和修改各自具有带衍射光栅层34的dfb量子级联激光器，但是本发明不限于此。可在例如没有衍射光栅层34的法布里-珀罗(fp)型量子级联激光器中类似地使用上述实施例和修改。fp型量子级联激光器具有与dfb型量子级联激光器相同的改进。根据上述实施例和修改的量子级联激光器包括用作阴极的上电极和用作阳极的下电极。如果需要，根据上述实施例和修改的量子级联激光器可以包括用作阳极的上电极和用作阴极的下电极。此量子级联激光器具有与上述实施例和修改相同的效果。

在本发明的优选实施例中描述并图示了本发明的原理后，本领域的技术人员应了解的是，在不脱离此类原理的情况下，可在布置和细节上修改本发明。我们因此要求保护落入以下权利要求的精神和范围内的所有修改和变化。